JP6632231B2

JP6632231B2 - 光源装置及びこれを用いた照明装置、投射型表示装置

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Inventors: 亮太門脇
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Description

本発明は光源装置及びこれを用いた照明装置、投射型表示装置に関し、特にレーザーダイオードなどの固体光源を備えた光源装置と蛍光体を用いた照明装置およびこれを用いたプロジェクターに関する。

近年、プロジェクターには投射画像の明るさだけではなく、より寿命が長いことも求められている。そこで、水銀ランプの代わりにＬＥＤやレーザーダイオード（ＬＤ）などの固体光源を用いたプロジェクターが開発されている。

ＬＤ光源を用いたプロジェクターにおいて投射画像の明るさをより高めるようとすると、ＬＤ光源の個数を増やすことが考えられるが、ＬＤ光源の個数を単純に増やすと、ＬＤ光源群よりも後段の光学素子が大型化してしまうおそれがある。

このような問題を解決する光源装置として、特許文献１に記載の構成がある。

特許文献１には、複数のＬＤ光源と、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）及びミラーからなる光学素子とを組み合わせた構成が開示されている。具体的には、複数のＬＤ光源からの光束のうち半分はＰＢＳに入射してＰＢＳを透過する。残り半分は１／２波長板を用いて偏光方向を９０°回転された後にミラーに入射し、ミラー及びＰＢＳで反射されてＰＢＳを透過した半分の光束と合流することで光束が圧縮される。

特開平７−３０１７６４号公報

ＬＤ光源を用いたプロジェクターに前述の特許文献１に記載の構成を適用してＬＤ光源群からの光束を圧縮することで、前述の光学素子の大型化を抑制することが可能となる。

ここで、プロジェクターには前述の寿命の長さに加えて、より小型なことも求められている。このため、ＬＤ光源群からの光束を圧縮する光学素子もより小型であることが望ましい。

そこで、本発明の目的は、より小型な光源装置及びこれを用いた照明装置、投射型表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、複数の固体光源と、前記複数の固体光源の一つに対応するように設けられ、対応する固体光源からの光束を受光する光学素子を、複数配列して設けられた光学素子アレイであって、前記複数の固体光源からの光束を圧縮する前記光学素子アレイと、を備え、前記複数の光学素子は、内部に偏光分離手段を有する第１の光学素子と、内部に反射手段を有する第２の光学素子と、内部に偏光分離手段または反射手段を有する第３の光学素子とを含み、前記光学素子アレイは、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と前記第３の光学素子とがこの順に隣接して配列された光学素子ユニットを有しており、前記複数の固体光源側からの、前記第１の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに異なるように設けられ、前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記第３の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに同じになるように設けられ、前記第２の光学素子の反射手段は、前記第２の光学素子に入射した光束を前記第１の光学素子に導くように設けられており、前記第３の光学素子の偏光分離手段または反射手段は、前記第３の光学素子に入射した光束を前記第２の光学素子に導くように設けられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、より小型な光源装置及びこれを用いた照明装置、投射型表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例における照明装置の構成図。本発明の第１実施例における光源装置の構成図。本発明の第２実施例における光源装置の構成図。本発明の第３実施例における光源装置の構成図。本発明の第４実施例における光源装置の構成図。本発明の第５実施例における光源装置の構成図。本発明の第６実施例における照明装置の構成図。本発明の第７実施例における照明装置の構成図。本発明の第８実施例における投射型表示装置の構成図。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の相対位置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔第１実施例〕
図１及び図２を用いて、本発明の第１実施例で示す光源装置１及び照明装置２の構成について説明する。

図１に示すように、光源装置１は複数のＬＤ光源（固体光源）１０と、コリメータレンズ１１と、偏光合成素子（光学素子アレイ）１００とを備える。照明装置２は、光源装置１と、ダイクロイックミラー（光路変換素子）１３と、コンデンサーレンズユニット（集光光学系）２０と、蛍光体（波長変換素子）３０と、を備える。

ＬＤ光源１０からの光束は発散光束であるために、そのままでは後段の光学素子が大型化してしまう。このため、本実施例ではＬＤ光源１０の直後にコリメータレンズ１１を設けることで、ＬＤ光源１０からの発散光束を平行光束へ変換している。

ただし、コリメータレンズ１１はＬＤ光源１０からの発散光束を完全な平行光束へ変換する必要はなく、使用に耐えうる範囲で若干発散していても、若干収斂していても良い。

また、本実施例においてＬＤ光源１０からの光束は青色光であり、Ｓ偏光光である。ここで、Ｓ偏光光とはｘ軸方向に振動する偏光光であり、Ｐ偏光光とはｙ軸方向に振動する偏光光である。ただし、偏光合成素子１００からの光束の進行方向をｚ軸とし、ｚ軸と直交し、偏光合成素子１００のセルが配列されている方向をｙ軸とし、ｚ軸及びｙ軸と直交する方向をｘ軸としている。

コリメータレンズ１１からの平行光束は偏光合成素子１００へ入射する。偏光合成素子１００の構成及び機能を、図２を用いて説明する。

図２に示すように偏光合成素子１００は、反射膜（反射手段）１０１と、偏光分離膜（偏光分離手段）１０２と、１／２波長板１２と、を備えている。さらに、偏光合成素子１００は、反射膜１０１を有する１段目のセル（光学素子）、反射膜１０１を有する２段目のセル、偏光分離膜１０２を有する３段目のセルで構成されている。

言い換えれば、３段目のセル内には、複数のＬＤ光源からの複数の光束のうち所定の偏光方向の光束を反射して所定の偏光方向と異なる偏光方向の光束を透過させる偏光分離手段が設けられている。また、１段目及び２段目のセル内には、複数の固体光源からの光束を偏光方向に依らずに反射する反射手段が設けられている。

すなわち、複数の光学素子のうち少なくとも一部の光学素子内には、偏光分離手段及び反射手段のうち一方が設けられている。

反射膜１０１は偏光方向によらずに光束を反射し、偏光分離膜１０２はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過させる。なお、反射膜１０１は、少なくともＬＤ光源１０からの光束を反射する構成であれば、ＬＤ光源１０からの光束と波長が異なる光束を透過させても良い。また、偏光分離膜１０２はＬＤ光源１０からの光束の偏光方向に合わせて、適宜反射する偏光方向を変えても良い。

ＬＤ光源１０からの光束のうち１段目のセルに入射する光束Ｂ１（ｓ）は反射膜１０１によって反射され、２段目のセルに入射する。なお、図２において括弧内の記号はその光束の偏光方向を意味する。

１段目のセルから２段目のセルに入射した光束は２段目のセルの反射膜１０１にも反射されて、偏光合成素子１００から出射する。すなわち、複数のセルのうち、偏光分離膜１０２が設けられたセルを第１のセルとし、第１のセルに隣接するセルを第２のセルとする。

このとき、第２のセルには第２のセルに入射した光束を第１のセルに導くように反射膜１０１が設けられている。

次に、ＬＤ光源１０からの光束のうち２段目のセルに入射する光束Ｂ２（ｓ）は反射膜１０１によって反射され、３段目のセルに入射する。２段目のセルから３段目のセルに入射した光束はＳ偏光光であるために、３段目のセルの偏光分離膜１０２で反射されて、偏光合成素子１００から出射する。

最後に、ＬＤ光源１０からの光束のうち３段目のセルに入射する光束Ｂ３（ｓ）は、まず１／２波長板１２に入射してＳ偏光光からＰ偏光光へ変換される。１／２波長板１２からの光束Ｂ３（ｐ）はＰ偏光光であるために、３段目のセルの偏光分離膜１０２を透過して偏光合成素子１００から出射する。

つまり、本実施例で示す光源装置は、複数のＬＤ光源１０と偏光合成素子１００を備える。そして、偏光合成素子１００は、複数のＬＤ光源１０からの複数の光束を受光する複数のセルを備える。さらに、複数のセル内に設けられ、複数のＬＤ光源１０からの複数の光束のうち所定の偏光方向の光束を反射して所定の偏光方向と異なる偏光方向の光束を透過させる偏光分離膜１０２を備える。さらに、複数のセル内に設けられ、複数のＬＤ光源１０からの光束を偏光方向に依らずに反射する反射膜１０１を備える。

そして、複数のセルのうち、偏光分離膜１０２が設けられたセルを第１のセルとし、第１のセルに隣接するセルを第２のセルとする。このとき、複数のＬＤ光源１０から第２のセルに入射する光束は、第２のセルを介して第１のセルに入射し、第１のセルからの光束は複数の偏光方向の光束を含む。

そして、偏光合成素子１００から出射する光束は、複数のセルのうち連続したセルから出射する光束であり、複数のセルは、複数のＬＤ光源と同数設けられている。

また、本実施例においては、第１のセルとしての３段目のセルに入射する光束の偏光方向と、第２のセルとしての２段目のセルに入射する光束の偏光方向とが互いに異なる。

そして、３段目のセルに入射する光束を出射する第１の固体光源としての３段目のＬＤ光源と第１のセルとしての３段目のセルとの間には１／２波長板１２が設けられている。

このように、本実施例によれば、光源装置１は、複数のＬＤ光源１０と、複数のセルを有し、複数のＬＤ光源１０からの光束を圧縮する偏光合成素子１００と、を備える。

そして、複数のセルは、内部に偏光分離膜１０２を有する第１のセルと、内部に反射膜１０１を有する第２のセルと、を含み、反射膜１０１は、第２のセルに入射した光束を第１のセルに導くように設けられている。さらに、複数のセルのそれぞれが複数のＬＤ光源１０からの複数の光束の各々を受光する。

すなわち、本実施例によれば、偏光合成素子１００から出射した複数の光束全体は偏光合成素子１００に入射した複数の光束全体よりも細くなっていることがわかる。

これにより、より小型な光源装置及びこれを用いた照明装置、投射型表示装置を提供することができる。特に、前述の特許文献１の構成と比較してＬＤ光源からの光束の進行方向に光学素子アレイをより小型にすることが可能となる。

偏光合成素子１００からの光束はダイクロイックミラー１３へ入射する。ダイクロイックミラー１３の中心部はＬＤ光源１０からの光束と波長が同じ光束を透過させ、ＬＤ光源１０からの光束と波長が異なる光束を反射するように構成されている。一方、ダイクロイックミラー１３の周辺部は波長によらず光束を反射するように構成されている。

つまり、ダイクロイックミラー１３は、偏光合成素子１００からの光束を蛍光体３０に導くとともに、蛍光体３０からの光束を、偏光合成素子１００とは異なる方向に導く。

ダイクロイックミラー１３の中心部は、偏光合成素子１００からの光束のほとんどが入射可能な大きさをしている。このため、偏光合成素子１００からの光束のほとんどはダイクロイックミラー１３を透過して、コンデンサーレンズユニット２０を介して蛍光体３０へ入射する。

また、複数のＬＤ光源１０と偏光合成素子１００は、複数のＬＤ光源１０の中心と偏光合成素子１００の中心とが同一線上に位置するように設けられている。しかし、ｘｙ断面においてはダイクロイックミラー１３の重心が、偏光合成素子１００の重心からずれた位置に位置している。これは、ダイクロイックミラー１３が、偏光合成素子１００の２段目のセル及び３段目のセルからの光束を受光できるようにするためである。

なお、本実施例においてコンデンサーレンズユニット２０は、ダイクロイックミラー１３側から第１レンズ２１、第２レンズ２２の合計２枚のレンズで構成されている。

コンデンサーレンズユニット２０を構成するレンズ枚数は蛍光体３０への集光および蛍光体３０からの光の取り込み効率の設定によって変わる。このため、コンデンサーレンズユニット２０のレンズ枚数は１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。

蛍光体３０は、ＬＤ光源１０からの光束の一部をＬＤ光源１０からの光束と波長が異なる変換光束に変換するとともに、ＬＤ光源１０からの光束と波長が同じ非変換光束と変換光束とを出射する波長変換素子である。

すなわち、蛍光体３０からの光束はＬＤ光源１０からの光束と波長が同じ青色光束と、蛍光体３０によって変換された緑色光束及び赤色光束である。蛍光体３０からの光束はコンデンサーレンズユニット２０によって発散光束から平行光へ変換されて、コンデンサーレンズユニット２０を介してダイクロイックミラー１３に入射する。

つまり、コンデンサーレンズユニット２０は、ダイクロイックミラー１３からの光束を蛍光体３０に導くとともに、蛍光体３０からの光束をダイクロイックミラー１３に導く。

蛍光体３０からの光束のうち、ダイクロイックミラー１３の周辺部に入射した光束はダイクロイックミラー１３で反射されて、後段の照明光学系に導かれる。

一方、蛍光体３０からの光束のうち、ダイクロイックミラー１３の中心部に入射した光束に含まれる青色光束はダイクロイックミラー１３を透過するが、緑色光束及び赤色光束はダイクロイックミラー１３で反射されて後段の照明光学系に導かれる。

〔第２実施例〕
図３を用いて、本発明の第２実施例で示す光源装置１の構成について説明する。

前述の第１実施例と本実施例との違いは、ＬＤ光源１０からの光束がＳ偏光光ではなくＰ偏光光である点と、１／２波長板１２が設けられている位置と、膜の構成である。

複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の１段目のセルに入射する光束Ｂ１（Ｐ）は、まず１／２波長板１２によってＰ偏光光からＳ偏光光に変換されて、反射膜１０１で反射されて２段目のセルに入射する。

すなわち、本実施例においては、複数の偏光方向の光束を含む光束が出射する第１のセルとしての２段目のセルと隣接する第２のセルとしての１段目のセルと、１段目のＬＤ光源との間に１／２波長板１２が設けられている。

１段目のセルから２段目のセルに入射した光束はＳ偏光光であるために、偏光分離膜１０２で反射されて、偏光合成素子１００から出射する。

次に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の２段目のセルに入射する光束Ｂ２（ｐ）はＰ偏光光であるために偏光分離膜１０２を透過して、偏光合成素子１００から出射する。

最後に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の３段目のセルに入射する光束Ｂ３（ｐ）はＰ偏光光のまま、透過膜（透過手段）１０３へ入射する。透過膜１０３は偏光方向によらずに光束を透過させるように構成されている。このため、３段目のセルに入射する光束は透過膜１０３を透過して偏光合成素子１００から出射する。

すなわち、本実施例においては、複数の光学素子内には、偏光分離手段と、反射手段と、透過手段とのうちいずれかが設けられている。

このように、本実施例によれば、偏光合成素子１００から出射した複数の光束全体は偏光合成素子１００に入射した複数の光束全体よりも細くなっていることがわかる。

なお、透過膜１０３は、少なくともＬＤ光源１０からの光束を透過する構成であれば、ＬＤ光源１０からの光束と波長が異なる光束を反射させても良い。

また、図３に示すように、本実施例においては反射膜１０１で反射する光束がＳ偏光光であり、透過膜１０３を透過する光束がＰ偏光光である。一般にＳ偏光光は反射率が高く、Ｐ偏光光は透過率が高いために、本実施例で示す偏光合成素子１００によって、光の利用効率を高めることが可能となる。

〔第３実施例〕
図４を用いて本発明の第４実施例で示す光源装置１の構成について説明する。

前述の実施例と本実施例との違いは、偏光合成素子１００が合計４個のセルで構成されている点と、それに伴って１／２波長板１２を複数設けている点である。なお、本実施例において、複数のＬＤ光源１０からの光束は全てＳ偏光光である。

最初に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の１段目のセルに向かう光束Ｂ１（ｓ）は、まず１／２波長板１２によってＳ偏光光からＰ偏光光に変換されて、反射膜１０１で反射されて２段目のセルに入射する。

１段目のセルから２段目のセルに入射した光束はＰ偏光光であるため、偏光分離膜１０２を透過して、３段目のセルに入射する。２段目のセルから３段目のセルに入射した光束は、反射膜１０１で反射されて３段目からＰ偏光光として偏光合成素子１００から出射する。

次に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の２段目のセルに向かう光束Ｂ２（ｓ）はＳ偏光光であるために、偏光分離膜１０２で反射されて３段目のセルに入射する。２段目のセルから３段目へ入射した光束は、反射膜１０１で反射されて、Ｓ偏光光として偏光合成素子１００から出射する。

次に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の３段目のセルに向かう光束Ｂ３（ｓ）は反射膜１０１で反射されて４段目のセルに入射する。３段目のセルから４段目のセルに入射した光束はＳ偏光光であるために、偏光分離膜１０２で反射されて、Ｓ偏光光として偏光合成素子１００から出射する。

最後に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の４段目のセルに向かう光束Ｂ４（ｓ）は、まず１／２波長板１２によってＳ偏光光からＰ偏光光に変換される。この光束はＰ偏光光であるために、偏光分離膜１０２を透過して偏光合成素子１００からＰ偏光光として出射する。

このように、本実施例においても、偏光合成素子１００から出射した複数の光束全体は、偏光合成素子１００に入射した複数の光束全体よりも細くなっていることがわかる。

より具体的には、偏光合成素子１００に入射した複数の光束は４つのセル全てに入射しているが、偏光合成素子１００から出射するときに、３段目のセル及び４段目のセルからのみとなっている。

〔第４実施例〕
図５を用いて本発明の第４実施例で示す光源装置１の構成について説明する。

前述の第３実施例と本実施例との違いは、１／２波長板１２を設けている位置と、膜の構成である。

最初に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の１段目のセルに向かう光束Ｂ１（ｓ）は反射膜１０１で反射されて２段目のセルに入射する。

１段目のセルから２段目のセルに入射した光束はＳ偏光光であるため、偏光分離膜１０２で反射されて、偏光合成素子１００からＳ偏光光として出射する。

次に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の２段目のセルに向かう光束Ｂ２（ｓ）は、まず１／２波長板１２でＳ偏光光からＰ偏光光へ変換される。この光束はＰ偏光光であるために、偏光分離膜１０２を透過してＰ偏光光として偏光合成素子１００から出射する。

次に、複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の３段目に向かう光束Ｂ３（ｓ）は、前述のＢ２（ｓ）と同様に、１／２波長板１２及び偏光分離膜１０２を介して偏光合成素子１００から出射する。

最後に、複数のＬＤ光源からの光束のうち、偏光合成素子１００の４段目のセルに向かう光束Ｂ４（ｓ）は反射膜１０１で反射されて４段目のセルから３段目のセルに向かう。４段目のセルから３段目のセルに入射した光束はＳ偏光光であるために、偏光分離膜１０２で反射されて偏光合成素子１００から出射する。

ここで、本実施例において偏光合成素子１００の１段目と２段目のセルの構成は、３段目のセルと４段目のセルまでの構成と同様になっている。具体的には、偏光合成素子１００は、複数のセルを４個以上かつ偶数個有する。さらに、複数のセルが配列されている方向と直交し、かつ、偏光合成素子１００が有する複数のセルのうち偏光合成素子１００の重心に最も近い２つの光学素子間（セル間）を通る断面を基準断面とする。このとき、偏光合成素子１００が有する複数のセルの構成は、基準断面ＡＡを対称面として対称である。

より具体的には、偏光合成素子１００に入射した複数の光束は４つのセル全てに入射しているが、偏光合成素子１００から出射するときに、２段目のセル及び３段目のセルからのみとなっている。

〔第５実施例〕
図６を用いて本発明の第５実施例で示す光源装置１の構成について説明する。

前述の実施例と本実施例との違いは、偏光合成素子１００が合計８個のセルで構成されている点と、それに伴って１／２波長板１２を複数設けている点である。なお、本実施例において、複数のＬＤ光源１０からの光束は全てＳ偏光光である。

複数のＬＤ光源１０からの光束のうち、偏光合成素子１００の各セルに入射する光束をそれぞれＢ１（ｓ）、Ｂ２（ｓ）、Ｂ３（ｓ）、Ｂ４（ｓ）、Ｂ５（ｓ）、Ｂ６（ｓ）、Ｂ７（ｓ）、Ｂ８（ｓ）とする。

Ｂ１（ｓ）は１／２波長板１２によってＰ偏光光へ変換されて、偏光合成素子１００の１段目のセルに入射する。１段目のセルには反射膜１０１が設けられているため、１／２波長板１２を介して１段目のセルに入射した光束は、反射膜１０１によって反射されて２段目のセルに入射する。

２段目のセルには偏光分離膜１０２が設けられており、１段目のセルから２段目のセルに入射する光束はＰ偏光光であるために偏光分離膜１０２を透過して３段目のセルに入射する。

３段目のセルには反射膜１０１が設けられているため、２段目のセルから３段目のセルに入射する光束は反射膜１０１で反射されてＰ偏光光Ｂ１（ｐ）として偏光合成素子１００から出射する。

Ｂ２（ｓ）は１／２波長板１２を介さずに２段目のセルに入射し、偏光分離膜１０２で反射されて３段目のセルに入射する。２段目のセルから３段目のセルに入射したＢ２（ｓ）は３段目のセルに設けられている反射膜１０１で反射されて偏光合成素子１００から出射する。

Ｂ３（ｓ）もＢ２（ｓ）と同様に１／２波長板１２を介さずに３段目にセルに入射し、３段目のセルに設けられている反射膜１０１で反射されて４段目のセルに入射する。４段目のセルには偏光分離膜１０２が設けられているため、３段目のセルから４段目のセルに入射したＢ３（ｓ）は偏光分離膜１０２で反射されて偏光合成素子１００から出射する。

Ｂ４（ｓ）はＢ１（ｓ）と同様に１／２波長板１２を介してＰ偏光光に変換されてから４段目のセルに入射し、偏光分離膜１０２を透過してＰ偏光光Ｂ４（ｐ）として偏光合成素子１００から出射する。

以上が、偏光合成素子１００の１段目のセルから４段目のセルから出射する光束についての説明である。すなわち、本実施例によれば、偏光合成素子１００の４段のセルに入射した光束が２段のセルから出射するように圧縮することが可能である。

ここで、本実施例において偏光合成素子１００の５段目から８段目のセルの構成は、１段目のセルから４段目のセルまでの構成と同様になっている。具体的には、偏光合成素子１００は、複数のセルを４個以上かつ偶数個有する。さらに、複数のセルが配列されている方向と直交し、かつ、偏光合成素子１００が有する複数のセルのうち偏光合成素子１００の重心に最も近い２つの光学素子間（セル間）を通る断面を基準断面とする。このとき、偏光合成素子１００が有する複数のセルの構成は、基準断面ＡＡを対称面として対称である。

このように、本実施例においては、偏光合成素子１００の８段分のセルに入射した光束を、４段分のセルから出射するように圧縮することが可能となる。

なお、本実施例においては８段からなる光を４段へと圧縮する例について説明したが、必要な光源数に応じて、図６における１段目と２段目、あるいは７段目と８段目を省略したような６段からなる偏光合成素子１００および複数のＬＤ光源１０としてもよい。

さらには、圧縮で得られる効果は薄れるが１段目から３段目、あるいは６段目から８段目を省略したような５段からなる偏光合成素子１００および複数のＬＤ光源１０としてもよい。

さらには、これまで複数のＬＤ光源１０がｙ軸方向に並列し、複数の段からなる例について説明したが、ｙ軸方向への段数を変化させずにそれと直交するｘ軸方向へとレーザ光源の個数を増やしてもよい。ただし、このような構成においては、ｘ軸方向に光束を圧縮することはできない。

〔第６実施例〕
図７を用いて、本発明の第６実施例で示す照明装置２の構成について説明する。

前述の第２実施例と本実施例との違いは、偏光合成素子１００の３段目のセルの出射側に反射型偏光板１６をさらに設けた点である。

偏光合成素子１００の２段目のセルからＳ偏光光とＰ偏光光が出射するまでは、前述の第２実施例と同様である。

前述の第２実施例においては、複数のＬＤ光源１０から偏光合成素子１００の３段目のセルへ入射した光束Ｂ３（ｐ）はセルを通過してそのまま偏光合成素子１００から出射した。しかし、本実施例において光束Ｂ３（ｐ）は３段目のセルに入射し、透過膜１０３を透過したのちに、反射型偏光板１６を透過して偏光合成素子１００から出射する。なお、本実施例において反射型偏光板１６は、Ｐ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射するワイヤーグリッド偏光板である。

偏光合成素子１００から出射した光束Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）は、ダイクロイックミラー１３の中心部１３ａを透過し、コンデンサーレンズユニット２０を介して蛍光体３０へ導かれる。なお、中心部１３ａはＬＤ光源１０からの光束を透過させるとともに、ＬＤ光源１０からの光束とは波長の異なる光束を反射する。

つまり、ダイクロイックミラー１３は、偏光変換素子１００からの光束を蛍光体３０に導く特性の第１の領域としての中心部１３ａと、蛍光体３０からの光束を偏光合成素子１００とは異なる方向に導く特性の第２の領域としての周辺部１３ｂを備える。

さらに、蛍光体３０からの光束は偏光方向が乱れた状態で蛍光体３０から出射され、コンデンサーレンズ２０を介してダイクロイックミラー１３へ入射する。

蛍光体３０からダイクロイックミラー１３へ入射した光束のうち、周辺部１３ｂに入射した光束は波長に依らず反射されて後段の光学系に導かれる。一方、中心部１３ａに入射した光束のうち、ＬＤ光源１０からの光束と波長が異なる光束は中心部１３ｂで反射されて、前述の周辺部１３ｂに入射した光束と同世に後段の光学系に導かれる。

中心部１３ｂに入射した光束のうち、ＬＤ光源１０からの光束と波長が同じ光束Ｂ３０（ｐ）及びＢ３０（ｓ）は中心部１３ａを透過して偏光合成素子１００へ向かう。Ｂ３０（ｐ）及びＢ３０（ｓ）のうち、偏光合成素子１００の２段目のセルに入射する光束は偏光分離膜１０２で分離されてＬＤ光源１０へ戻る。

一方、Ｂ３０（ｐ）及びＢ３０（ｓ）のうち、偏光合成素子１００の３段目へ向かう光束は反射型偏光板１６に入射する。反射型偏光板１６はＰ偏光光を透過させて、Ｓ偏光光を反射するため、反射型偏光板１６に入射した光束のうち、Ｂ３０（ｐ）は反射型偏光板１６及び透過膜１０３を透過してＬＤ光源１０へ戻る。

しかしながら、反射型偏光板１６に入射した光束のうち、Ｂ３０（ｓ）は反射型偏光板１６で反射されてダイクロイックミラー１３及びコンデンサーレンズユニット２０を介して蛍光体３０へ戻り、再び変換光に変換される。

このように、本実施例においては蛍光体３０からの非変換光の一部を再び蛍光体３０へ導くことができるために、より光の利用効率の良い光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を実現することが可能となる。

〔第７実施例〕
図８を用いて、本発明の第７実施例で示す照明装置２の構成について説明する。

前述の第７実施例と本実施例との違いは、偏光合成素子１００と蛍光体３０が一直線上に並んでいない点と、光路変換素子の構成である。

前述の第６実施例において、光路変換素子としてのダイクロイックミラー１３の中心部１３ａは偏光合成素子１００からの光束を透過して蛍光体３０に導く特性を有している。一方、本実施例においては、光路変換素子としてのダイクロイックミラー６０の中心部６０ａは偏光合成素子１００からの光束を反射して蛍光体３０に導く特性を有している。

複数のＬＤ光源１０及び偏光合成素子１００の構成は、前述の第６実施例と同様である。偏光合成素子１００の２段目及び３段目から出射した光束Ｂ１（ｓ）、Ｂ２（ｐ）、Ｂ３（ｐ）はダイクロイックミラー６０で反射され、コンデンサーレンズユニット２０を介して蛍光体３０に入射する。

蛍光体３０からは、偏光合成素子１００からの光束が波長変換された蛍光光ＲＧ３０と、蛍光体３０で波長変換されない非変換光Ｂ３０とが射出される。

図８に示すように、ダイクロイックミラー６０のコンデンサーレンズユニット２０の光軸と直交する方向の寸法は、コンデンサーレンズユニット２０の最大径よりも小さい。このため、蛍光体３０からの蛍光光ＲＧ３０及び非変換光Ｂ３０のうち、ダイクロイックミラー３０よりも外側を通る光束は不図示の照明光学系に導かれる。

一方、蛍光光ＲＧ３０のうちダイクロイックミラー６０に入射する光束は、ダイクロイックミラー６０を透過して不図示の照明光学系に導かれる。

また、非変換光Ｂ３０のうちダイクロイックミラー６０に入射する光束は、ダイクロイックミラー６０に反射されて偏光合成素子１００へ導かれる。

蛍光体３０からダイクロイックミラー６０を介して偏光合成素子１００へ戻る非変換光のうち、偏光合成素子１００の３段目のセルへ向かう光束は、反射型偏光板１６に入射する。

反射型偏光板１６はＰ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射するため、非変換光Ｂ３０に含まれるＰ偏光光Ｂ３０（ｐ）は反射型偏光板１６を透過して複数のＬＤ光源１０へ向かう。一方、Ｓ偏光光Ｂ３０（ｓ）は反射型偏光板１６に反射されて再び蛍光体３０へ入射する。

すなわち、本実施例によれば、蛍光体３０からの非変換光の一部を再び蛍光体３０に導くことができるため、光の利用効率を高めることが可能となる。さらに、光源へ戻る非変換光の量を減らすことができるため、熱の影響でＬＤ光源の発光効率が低下することを抑制することが可能となる。

なお、図８に示すように、ｙｚ断面におけるダイクロイックミラー６０の中心は、コンデンサーレンズユニット２０の光軸と、偏光合成素子１００の２段目と３段目のセルの境界線との交点に位置している。

また、図９に示すように、ダイクロイックミラー６０は、偏光合成素子１００からの光束を反射して蛍光体３０へ導くとともに、蛍光光を透過させる特性を有する中心部６０ａを備える。さらに、蛍光体３０からの光束を波長に依らずに透過させる特性を有する周辺部６０ｂを備える。

なお、コンデンサーレンズユニット２０からの光束の進行方向と直交する断面でのダイクロイックミラー６０の長手方向において、ダイクロイックミラー６０の寸法はコンデンサーレンズユニット２０からの光束の径よりも大きい。さらに、コンデンサーレンズユニット２０からの光束の進行方向と直交する断面において、中心部６０ａの面積は、偏光合成素子１００からの光束が中心部６０ａを照明する領域の面積よりも大きい。

これにより、ダイクロイックミラー６０は、偏光合成素子１００からの光束を蛍光体３０に導くとともに、蛍光体３０からの光束を偏光合成素子１００とは異なる方向に導くことができる。

〔第８実施例〕
前述の第１実施例から第７実施例では、光源装置１あるいは照明装置２の構成について説明したが、本実施例では図９を用いて前述の第３実施例で示す照明装置２を用いたプロジェクター２の構成について説明する。

本実施例で示すプロジェクター２は、光源装置１、照明光学系１４、色分離合成系１５、液晶パネル（光変調素子）４０、投射レンズ５０を備える。

光源装置１からの光束はＰ偏光光とＳ偏光光が混在した光束となっており、照明光学系１４に含まれる偏光変換素子でＰ偏光光に揃えられて色分離合成系１５に入射する。

なお、照明光学１４は、光源装置１側から順に、第１のフライアイレンズ、第２のフライアイレンズ、偏光変換素子、コンデンサーレンズを備えている。

色分離合成系１５に入射した光束は波長ごとに分解されて、各色光を変調するための液晶パネルに導かれる。液晶パネル４０によって変調されて光束はＰＢＳを介して合成プリズムで合成されて、投射レンズ５０へ導かれる。

そして、投射レンズ５０が不図示のスクリーンに画像を表示する。

なお、色分離合成系１５は、ダイクロイックミラー、複数の偏光ビームスプリッター、合成プリズムを備えており、液晶パネル４０は合計３枚設けられている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、１／２波長板１２を透過させることで偏光合成素子１００へ入射する光束の偏光を異ならせる構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１／２波長板１２を使用する代わりにＬＤ光源をｚ軸が回転軸となるように配置方向を９０度回転させることで、ＬＤ光源から出力される偏光方向を回転させてもよい。あるいは異なる偏光を射出するＬＤ光源を用いてもよい。

すなわち、複数のＬＤ光源１０のうち、第１のセルに入射する光束を出射するＬＤ光源を第１の固体光源とし、第２のセルに入射する光束を出射するＬＤ光源を第２の固体光源とする。このとき、第１のＬＤ光源からの光束の偏光方向と、第２のＬＤ光源からの光束の偏光方向とが互いに異なる構成であってもよい。

また、前述した実施例ではＬＤ光源とセルとの間に１／２波長板を設ける構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、セルとセルとの間に１／２波長板を設ける構成であってもよい。

また、前述した実施例においては、ＬＤ光源を２次元的に配置してもよい。言い換えれば、複数のＬＤ光源は、複数のセルが配列されている方向と、複数のセルが配列されている方向及び偏光合成素子１０から出射する光束の進行方向に直交する方向とに配列されていてもよい。

また、前述した実施例においては、ＬＤ光源とセルとが同数設けられている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光学素子アレイを固定するためにセルがＬＤ光源よりも多く設けられている構成などであってもよい。

１０レーザーダイオード（固体光源）
１００偏光合成素子（光学素子アレイ）
１０１反射膜（反射手段）
１０２偏光分離膜（偏光分離手段）

Claims

複数の固体光源と、
前記複数の固体光源の一つに対応するように設けられ、対応する固体光源からの光束を受光する光学素子を、複数配列して設けられた光学素子アレイであって、前記複数の固体光源からの光束を圧縮する前記光学素子アレイと、を備え、
前記複数の光学素子は、内部に偏光分離手段を有する第１の光学素子と、内部に反射手段を有する第２の光学素子と、内部に偏光分離手段または反射手段を有する第３の光学素子とを含み、
前記光学素子アレイは、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と前記第３の光学素子とがこの順に隣接して配列された光学素子ユニットを有しており、
前記複数の固体光源側から前記第１の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記複数の固体光源側から前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに異なるように設けられ、前記複数の固体光源側から前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記複数の固体光源側から前記第３の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに同じになるように設けられ、
前記第２の光学素子の反射手段は、前記第２の光学素子に入射した光束を前記第１の光学素子に導くように設けられており、前記第３の光学素子の偏光分離手段または反射手段は、前記第３の光学素子に入射した光束を前記第２の光学素子に導くように設けられている、
ことを特徴とする光源装置。
複数の固体光源と、
前記複数の固体光源の一つに対応するように設けられ、対応する固体光源からの光束を受光する光学素子を、複数配列して設けられた光学素子アレイであって、前記複数の固体光源からの光束を圧縮する前記光学素子アレイと、を備え、
前記複数の光学素子は、内部に偏光分離手段を有する第１の光学素子と、内部に反射手段を有する第２の光学素子と、内部に偏光分離手段を有する第３の光学素子と、内部に反射手段を有する第４の光学素子と、を含み、
前記光学素子アレイは、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と前記第３の光学素子と前記第４の光学素子とがこの順に隣接して配列した光学素子ユニットを有しており、前記複数の固体光源側から前記第１の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記複数の固体光源側から前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに異なるように設けられ、前記複数の固体光源側から前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記複数の固体光源側から前記第３の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに同じになるように設けられ、前記複数の固体光源側から前記第１の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記複数の固体光源側から前記第４の光学素子に入射する光束の偏光方向とは、互いに同じになるように設けられ、前記第２の光学素子の反射手段は、前記第２の光学素子に入射した光束を前記第１の光学素子に導くように設けられており、前記第３の光学素子の偏光分離手段は、前記第３の光学素子に入射した光束を前記第２の光学素子に導くように設けられており、前記第４の光学素子に入射した光束は、前記第３の光学素子を介して前記第２の光学素子に導くように設けられている
ことを特徴とする光源装置。
前記第２の光学素子に入射した光束は、前記第１の光学素子に入射した光束とともに、前記第１の光学素子から出射する光束となるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
前記複数の固体光源からの複数の光束の偏光方向は互いに同じであって、
前記複数の固体光源のうち、前記第１の光学素子に入射する光束を出射する固体光源を第１の固体光源とし、前記第２の光学素子に入射する光束を出射する固体光源を第２の固体光源とするとき、
前記第１の固体光源と前記第１の光学素子との間、あるいは、前記第２の固体光源と前記第２の光学素子との間に１／２波長板をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
前記複数の固体光源のうち、前記第１の光学素子に入射する光束を出射する固体光源を第１の固体光源とし、前記第２の光学素子に入射する光束を出射する固体光源を第２の固体光源とするとき、
前記第１の固体光源からの光束の偏光方向と、前記第２の固体光源からの光束の偏光方向とが互いに異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
複数の固体光源と、
前記複数の固体光源の一つに対応するように設けられ、対応する固体光源からの光束を受光する光学素子を、複数配列して設けられた光学素子アレイであって、前記複数の固体光源からの光束を圧縮する前記光学素子アレイと、を備え、
前記複数の光学素子は、内部に偏光分離手段を有する第１の光学素子と、内部に反射手段を有する第２の光学素子と、を含み、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に１／２波長板をさらに備え、
前記複数の固体光源からの、前記第１の光学素子に入射する光束の偏光方向と、前記第２の光学素子に入射する光束の偏光方向とは互いに同じであり、
前記反射手段は、前記第２の光学素子に入射した光束を前記第１の光学素子に導くように設けられている、ことを特徴とする光源装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光学素子からの光束を波長の異なる変換光に変換するとともに、前記変換光と、前記光学素子からの光束と波長が同じ非変換光とを射出する波長変換素子と、
前記光学素子からの光束を前記波長変換素子に導くとともに、前記波長変換素子からの光束を、前記光学素子とは異なる方向に導く光路変換素子と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
前記光路変換素子は前記光学素子からの光束を前記波長変換素子に導く特性の第１の領域と、前記波長変換素子からの光束を前記光学素子とは異なる方向に導く特性の第２の領域と、を備える、
ことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
前記第１の領域は前記光学素子からの光束を反射して前記波長変換素子に導くとともに、前記変換光を透過させる特性を有し、
前記第２の領域は前記波長変換素子からの光束を波長に依らず透過させる特性を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明装置と、
光変調素子と、
前記光源装置からの光束を受光する照明光学系と、
前記照明光学系からの光束を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光束を合成する色分離合成系と、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。